@ 2017.10.28 , 11:00
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延迟选择实验:我们选择了宇宙,宇宙创造了我们

量子物理再得一分。

这一次一群来自意大利的物理学家在超长的空间尺度上验证了惠勒的延迟选择实验,将上一次的实验记录144公里,扩大到现在的3500公里。

或许读者已经不会对结论感到惊讶:似乎微观粒子的行为取决于有意识的存在如何观测它。哪怕如此长的距离,稀奇古怪的量子力学也不肯给我们混乱的大脑放个假。不过为了说清楚由来,还是让我们从头来捋一捋,什么是量子的延迟选择。

当量子物理学还处于萌芽阶段时,物理学世界中最聪明的头脑越来越倾向于使用高深的数学概念,来解释他们观察到的现象。

量子力学与数学一样抽象复杂、晦涩深刻。有些人——像爱因斯坦——认为概率是暂时的,有一天会有更加完善的物理定律被发现,进而可以完整地描述量子的状态。另一方面,尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)则认为量子力学已经是完整的,只是我们的大脑存有偏见,总试图想象“可能性”只是现实的一个小部分,而不是现实本身。

回到现代物理学史上最重要的实验,就是所谓的电子的双缝干涉实验。当我们控制每次只发射一个电子的时候,依然会产生干涉的现象。因此得到结论,一个电子同时通过了两个缝隙。进一步说明电子这时候是以波的形式运动。

实验的时候,我们在两个缝隙处各按照一个记录仪器,尝试记录下电子通过时的情景。结果,我们将发现,只有一个仪器会有电子通过的记录。按照经典的量子理论解释,观测导致了波函数的坍塌,这时候电子是以实体粒子的方式运动,因此每次只能通过一条缝隙。如果安装了探测通过路径仪器,但是却让仪器处于关闭的状态,那电子依然会以波的形式,产生干涉。

1979年,在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上,惠勒正式提出了延迟选择的思想。惠勒说,电子好像未卜先知,从刚一离开发射器的时候,就事先知道前面有探测它行进路径的仪器,所以就从波形态转变成粒子形态。既然如此,要是我们经过巧妙设计将观测仪器放到双缝的后面的位置,然后等电子离开双缝一段时间之后,再决定是否打开仪器,来记录电子的路径。这样电子之前是以粒子状态通过了一条小缝,还是以波的形态通过双缝,完全取决之后我们如何选择——开或关闭记录仪器。

虽然听上去古怪,但这却是哥本哈根派的一个正统推论!惠勒后来引玻尔的话说,“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”,我们是在光子上路之前还是途中来做出决定,这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。

惠勒是爱因斯坦的同事、理查德·费曼的导师、最有名的物理思想家之一(提出万物皆是信息的思想)、最早使用黑洞这一名词称呼“黑洞”的物理学家。

在惠勒提出构想5年后,马里兰大学的Carroll O Alley和其同事当真做了一个延迟实验,其结果证明,我们何时选择光子的“模式”,这对于实验结果是无影响的;与此同时慕尼黑大学的一个小组也作出了类似的结果。

在这个最新版本中,研究人员使用意大利航天局的马泰拉激光测距天文台(MLRO)的装置分割了一束激光脉冲,因此光子可以采取较短的路径,或者以更复杂的绕远的方式前进。激光通过的距离:从地面到外层卫星,再反射会地面。该实验就像最开始说的,再一次验证了事后的选择,决定了光子之前的行为。

延迟选择实验:我们选择了宇宙,宇宙创造了我们
Credit 123RF

这样稀奇古怪的事情说明了什么呢?

在最狂热的假说里,宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但一直处于某种不确定的混沌之中,无限的过去并存。直到某个可能存在的宇宙里,出现了某个有意识的存在,向星空深处凝望,方才确定了宇宙的形态与历史。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参予性宇宙”模型(The Participatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身!

伟大的爱因斯坦,当初最无法接受一点就是“我们选择了这个宇宙,因为这个宇宙之前创造了我们”这一可怕的循环逻辑。

抱歉了,爱因斯坦先生。Can't win 'EM all。

实验的更多细节发表在《科学前沿》(Science Advances)上。

为了解释清楚,几乎完全没使用原文;部分内容参考了维基百科和百度百科。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 33+1

  1. 怼死赵家人
    @3 weeks ago
    3598336

    就算原子分子夸克都是真的,整个宇宙真实世界照样可能是被创造出来的模拟世界

    [13] XX [6] 回复 [1]
  2. 世间一双眼
    @3 weeks ago
    3598338

    我觉得可以翻译成“兵无常胜”

    [2] XX [23] 回复 [0]
  3. 3598339

    波函数为什么坍缩本来就是个比较打嘴仗的问题,反正它坍缩了就行,为什么坍缩这个问题除了写写论文也看不出一时有什么必要解决,反正实验物理学基本直接无视了这个问题
    把意识捧上神坛更是毫无必要
    就算要讨论波函数坍缩,我也更支持退相干历史

    [26] XX [4] 回复 [0]
  4. 挣脱地平线
    @3 weeks ago
    3598340

    有种宿命论的感觉,一切都是注定的

    [5] XX [13] 回复 [0]
  5. 武装暴力熊
    @3 weeks ago
    3598343

    现实外星人比三体人更高明的地方在于:它不阻止你观测,但是它让你一脸懵逼

    [33] XX [5] 回复 [0]
  6. dangle
    @3 weeks ago
    3598362

    我们除了自己的感觉外一无所知。

  7. 望咪止渴
    @3 weeks ago
    3598367

    这个周末小编们想把广大蛋民开悟到色即是空,空即是色的无上境地里,然后灵光一现,恍然大悟,周一了

    [14] XX [1] 回复 [0]
  8. 3598371

    “Can’t win ‘EM all.” 不是德语……

  9. 街区大侠
    @3 weeks ago
    3598372

    额,实在看不下去了·····

  10. 拖鞋抽脸
    @3 weeks ago
    3598390

    波函数其实并没有崩塌,你在观察电子的一瞬间宇宙分裂成2个世界–一个电子通过右边的宇宙和一个通过左边的宇宙。

  11. 匿名
    @3 weeks ago
    3598395

    好玩的是,虽然量子物理应该是最难也是最基础的科学领域。但在这两篇文章下却没有之前出现的每一个字都看得懂系列回复。

    [10] XX [1] 回复 [0]
  12. SevenYu
    @3 weeks ago
    3598400

    可能在量子级的微观世界里没有时间变量,光子发射跟放置仪器是同时的,量子远距作用也是同时的。只是在人类世界里,凡是存在距离都需要耗费时间。

    [18] XX [1] 回复 [1]
  13. 3598406

    大家的发言 各有各的道理

  14. 3598416

    惠勒说,电子好像未卜先知,从刚一离开发射器的时候,就事先知道前面有探测它行进路径的仪器,所以就从波形态转变成粒子形态。

    其实人类活在一个巨大的虚拟世界里,所有的一切都以“人类”为中心虚拟出来的。为了节省计算资源,所有与人类无关的部分使用快速的“量子算法”演进,而会被人类观察到的部分退化到更加精确的“粒子算法”演进。

    所以我们的存在只是一个更高等的生命形式的跑在他们的超级计算机里的实验程序而已。

    个人觉得,现在的量子相关的现象的描述或者公式,怎么解释都可以,因为除非找到更底层的原理,现阶段根本没法验证解释本身。

    [21] XX [2] 回复 [0]
  15. 3598417

    当你之后不遵守规则时间机器自动会传送失败,机器知道你之后的行为,当你之后没产生悖论传送会成功,但当传送成功了说明你改变不了过去只是重复过去

  16. ASDF(已实名)
    @3 weeks ago
    3598419

    那是不是说,其实高魔世界或者修仙世界完全是可能存在的喽

  17. Mc舟舟
    @3 weeks ago
    3598420

    宁愿相信我们的世界是高维空间的投影,粒子们在高维空间内没有分离,只是在我们的世界分离成了两个投影,所以才会有超距现象

    [30] XX [0] 回复 [1]
  18. mintaka
    @3 weeks ago
    3598452

    @DDT: 确实是呀,怎么理解根本不影响现有量子理论对观测结果的可解释性,所以根本不用在乎。

  19. 3598462

    既然光速是时间的标准,整段光线就可看作是一体,那怎么有头尾之分始末之分呢,和他观测的结果决定起因当然说得通

  20. 黑猫
    @3 weeks ago
    3598482

    因为空间啊!发射一个电子通过双狭缝,电子以波动形式随机通过了一个狭缝(粒子态),但是电子引起的空间波动却覆盖了两个狭缝所在的空间(波态),从而显示出双衍射。这和引力波引起的空间波动是一样的概念。

  21. Yeahen
    @3 weeks ago
    3598490

    一直想问,对于“观测”的严格定义是啥?

  22. 3598492

    无趣.仅仅增大距离.我更想知道他们怎么定义作为观测者的’意识’.要知道大脑是由物质组成的.光子也算是一种物质.
    我不愿承认有魂灵的存在.如果有,它一定是有物质存在的,而非形而上的空泛概念.

  23. 3598550

    感觉是游戏引擎提高帧数的办法: 看不到的地方就不渲染!

    [13] XX [0] 回复 [0]
  24. 3598557

    应该强调的是,该量子现象依旧遵循因果性。另外,说宇宙历史是发生后,记录的时候才决定它是怎么发生的,并没这么简单。实验只说明微观粒子运动的量子特点是这样的,用我们对宏观物体运动的常识去认知那是不行的。量子神奇的地方还有很多,像什么量子纠缠超光速。
    后面本质上就是薛定谔的猫,说你去记录猫是否存活的时候,才会决定猫的死活,之前猫出于死活的叠加态。这里换成历史,说在记录历史的时候,才会决定过去历史究竟是怎么发生的,不然就是一团迷雾。怎么说呢,这些例子只是让我们加深一下对量子力学的理解,但目前只限于微观世界。

  25. 脑子坏掉了
    @3 weeks ago
    3598578

    @黑猫:
    那怎么解释延迟选择实验的结果?

    为什么一旦电子释放出它通过了哪个狭缝的信息,这种空间波动就消失了,电子就无法再和自身发生干涉?

  26. laniakea
    @3 weeks ago
    3598638

    因为我观测你,所以你存在了。什么 啊

  27. alpha_boy
    @3 weeks ago
    3598662

    观测时会产生两个平行宇宙,一个塌缩成波,一个塌缩成粒子是某个学派的猜测;弦论啥的也是一个学派的猜测。宇宙的本质原理是不可知的,目前都是猜测,还没法验证。

  28. xaero_dillon
    @3 weeks ago
    3598725

    现在大家讨论的这些内容,在n年后就会有人说:早在21世纪,人们就发现了这一现象,并提出了若干假设,科学界一时百花齐放,但当时的技术条件无法为这一现象的本质提供更多证据。直到煎蛋实验室使用秋裤的反弹原理统一了各种假说并被多种实验所证实后,人类科学才翻开了新的篇章。

    [10] XX [2] 回复 [0]
  29. 大马士革刀
    @3 weeks ago
    3598726

    无论物理学家发明什么样的坍塌、退相干之类的词,也没办法解释记录动作决定存在这样荒谬的事实,实际上这可以直接推论出类似:你看月亮,月亮就存在,你不看它就不存在这样的问题。将唯物和唯心的界限完全破坏掉。所以这才成为所有物理学者心中的梗塞之处,永远无法绕过去,一直要反复的做实验来纠结这件事。上一次爱因斯坦解决了牛顿力学中这样的掩饰才发现了宇宙的时空结构;这一次一定有人最终会解决量子力学中各种掩饰性的理论,最终发现一些不得了的东西。

  30. 脑子坏掉了
    @3 weeks ago
    3598862

    @11岁:
    别听他们的。他们点XX只是因为你的ID

  31. 脑子坏掉了
    @3 weeks ago
    3598863

    @大马士革刀:
    别提“唯心”论了
    唯心论如果是正确的,那么所有尝试认知世界的努力都是没意义的。
    所以唯心还是唯物,换个直白的说法就是——我们还要不要为认知而努力。

  32. 哆啦A梦
    @3 weeks ago
    3598890

    @laniakea: 如果你一直没观测到我,可能就无法发现我的存在,如果我不回复你,你知道有我这个人?

  33. 阿尔卡斯
    @3 weeks ago
    3599297

    不得不说,完全没有看懂

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